一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测方法及系统与流程

本申请实施例示出的技术方案涉及计算机技术领域，特别涉及一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测方法及系统。

背景技术：

高压电器中的绝缘介质六氟化硫气体(sf6)，化学性质稳定，但在放电过程中产生的离解产物如与设备中的微量水分、气体杂质、电极材料和绝缘材料发生反应，就会产生成分复杂的分解产物，造成设备腐蚀。而绝缘介质的性能劣化还会导致设备的绝缘性能下降，以至危及运行安全和操作者的人身安全。

sf6在电力行业主要用于电气绝缘，因此sf6作为一个重要指标将成为工程化应用中必须检测的一个指标。传统的sf6检测仪不能用于sf6微小浓度的检测，主要原因在于sf6吸收率较低，影响测量结果。

技术实现要素：

本申请实施例示出的技术方案的发明目的在于提供一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测方法及系统，以解现有技术示出的六氟化硫检测设备的检测灵敏度。

本申请实施例第一方面示出一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测系统，其特征在于，所述系统包括：

dds波形发生器，da波形发生器，恒流发生器，10.1nm激光器，气室，10.1nm探测器、前置放大器、滤波电路、锁相放大器，信号处理系统；

所述dds波形发生器的一输出端，da波形发生器的输出端，恒流发生器的输出端分别与所述10.1nm激光器的输入端相连接；

所述10.1nm激光器的输出端与所述气室的一端相连接，所述气室的另一端与所述10.1nm探测器相连接；

所述10.1nm探测器的输出端与所述前置放大器的输入端相连接；

所述前置放大器的输出端与所述滤波电路的输入端相连接；所述滤波电路的输出端与所述锁相放大器的输入端相连接；

所述dds波形发生器的另一输出端与所述锁相放大器的输入端相连接；

所述锁相放大器的输出端与所述信号处理系统相连接。

可选择的，所述检测系统还包括pid控制器，以及，温度控制器；

所述pid控制器的输出端与所述温度控制器的输入端相连接；

所述温度控制器的输出端与所述10.1nm激光器的输入端相连接。

可选择的，所述滤波电路为高频滤波器。

可选择的，所述检测系统还包括：低通滤波器；

所述低通滤波器的输入端与所述锁相放大器的输出端相连接；

所述低通滤波器的输出端与所述信号处理系统相连。

可选择的，所述低通滤波器，用于过滤高频正弦波信号。

可选择的，所述高通滤波器，用于过滤掉叠加的低频信号。

本申请实施例第二方面示出一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测方法，所述方法包括：

将高频正弦波，低频三角波，恒定的直流经过加法器对三个信号进行物理叠加，生成叠加信号；

将叠加信号通过激光器驱动器发出符合要求的激光信号；

激光信号通过气室之后被sf6吸收，吸收后的剩余信号10.1nm探测器进行光信号探测，10.1nm探测器把光信号转为电信号；

电信号通过前置放大器进行信号放大，通过滤波电路进行滤波，进入锁相放大器进行微小信号的提起；

高频正弦波信号通过锁相倍频模块进行信号倍频，进入锁相放大器；

锁相放大器经过锁相的信号通过低通滤波器，把高频正弦波信号过滤，通过信号处理系统进行信号处理和浓度反演，最终实现对sf6检测。

由以上技术方案可知，本申请实施例示出一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测方法及系统，申请实施例示出的技术方案采用高频正弦波与低频三角波叠加进行激光调制，经过调制的激光器发出光射入被检测气室。被检测气室经过吸收之后红外探测器所检测，检测信号经过低通滤波和锁相放大之后经过低通滤波器进行二次谐波信号的提取。提取的信号送入计算机进行计算推演水分的浓度，完成了整个sf6检测过程。可见本申请实施例示出技术方案采用tdlas(unablediodelaserabsorptionspectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)技术对sf6含量进行检测，通过检测sf6气体的二次谐波检测技术等进行气体检测及微弱信号处理，通过浓度反演对气体中的sf6含量进行测量。本申请实施例示出的技术方案所提供的方法具有、响应快速、检测精度高、温度压强可修正、免维护等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例示出的技术方案实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例示出的技术方案的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一优选实施例示出的一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测系统的结构框图。

图例说明：1-温度设备模块、2-pid控制器、3-dds波形发生器、4-高频正弦波、5-da波形发生器、6-低频三角波、7-恒流发生器、8-恒定的直流、9-加法器、10-温度控制器、11-激光器驱动器。12-锁相倍频模块、13-10.1nm激光器、14-气室、15-10.1nm探测器、16-前置放大器、17-滤波电路、18-锁相放大器、19-低通滤波器、20-信号处理系统。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例示出的技术方案实施例中的附图，对本申请实施例示出的技术方案实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请实施例示出的技术方案一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例示出的技术方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例示出的技术方案保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例第一方面示出一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测系统，其特征在于，所述系统包括：

dds波形发生器3，da波形发生器5，恒流发生器7，激光器，气室14，探测器、前置放大器16、滤波电路17、锁相放大器18，信号处理系统20；

所述dds波形发生器3的一输出端，da波形发生器5的输出端，恒流发生器7的输出端分别与所述激光器的输入端相连接；

所述激光器的输出端与所述气室14的一端相连接，所述气室14的另一端与所述探测器相连接；

所述探测器的输出端与所述前置放大器16的输入端相连接；

所述前置放大器16的输出端与所述滤波电路17的输入端相连接；所述滤波电路17的输出端与所述锁相放大器18的输入端相连接；

所述dds波形发生器3的另一输出端与所述锁相放大器18的输入端相连接；

所述锁相放大器18的输出端与所述信号处理系统20相连接。

其中，dds，(directdigitalsynthesis，简称dds)dds波形发生器3把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的频率范围内进行精细的频率调节。采用这种方法设计的信号源可工作于调制状态，可对输出电平进行调节，也可输出各种波形，本申请实施例示出的技术方案中，所述dds波形发生器3输出高频正弦波4。

高频正弦波4的二次谐波在被sf6吸收后会发生形变，并且形变的量与所述sf6的浓度相关。

因此，本申请实施例示出的技术方案采用高频正弦波4作为空白。

da波形发生器5发出低频三角波6；

其中，激光器为10.1nm激光器13，探测器为10.1nm探测器15。

所述低频三角波6对激光器发出的光的波长产生一定的影响。低频三角波6由小到大的变化过程中，光的波长逐渐发生变化。进而达到全光谱的扫描。

本申请实施例示出的技术方案采用激光吸收光谱方法对sf6含量进行检测。本申请实施例示出的技术方案采用高频正弦波4与低频三角波6叠加进行激光调制，经过调制的激光器发出光射入被检测气室14。被检测气室14经过吸收之后红外探测器所检测，检测信号经过低通滤波和锁相放大之后经过低通滤波器19进行二次谐波信号的提取。提取的信号送入计算机进行计算推演水分的浓度，完成了整个sf6检测过程。

本申请实施例输出的技术方案采用tdlas技术对sf6含量进行检测，通过检测sf6气体的二次谐波检测技术等进行气体检测及微弱信号处理，通过浓度反演对气体中的sf6含量进行测量。本申请实施例示出的技术方案所提供的方法具有、响应快速、检测精度高、温度压强可修正、免维护等优点。

可选择的，所述检测系统还包括pid控制器2，以及，温度控制器10；

所述pid控制器2的输出端与所述温度控制器10的输入端相连接；

所述温度控制器10的输出端与所述激光器的输入端相连接。

其中，pid控制器2(比例-积分-微分控制器)，由比例单元(p)、积分单元(i)和微分单元(d)组成。透过kp，ki和kd三个参数的设定。pid控制器2主要适用于基本上线性，且动态特性不随时间变化的系统。

为了保证检测的准确性，本申请实施例示出的检测系统还包括pid控制器2，以及，温度控制器10，pid控制器2通过温度控制器10对激光器进行温度控制，确保激光器温度可以在-50℃-40℃进行可调控制，温度控制精度达到0.01℃。

可选择的，所述滤波电路17为高频滤波器，所述高通滤波器，主要过滤掉叠加的低频信号。

避免在检测过程中噪声(低频信号)对检测结果的影响。

具体的，sf6的浓度与高频正弦波4的二次谐波的形变成正比关系，在检测过程中，首先根据标准样品的浓度绘制sf6的标准曲线，然后基于所述标准曲线，测试样品的浓度。若存在叠加的低频信号，则会对标准曲线产生一定的硬性，进而影响检测的准去性。

可选择的，所述检测系统还包括：低通滤波器19；

所述低通滤波器19的输入端与所述锁相放大器18的输出端相连接；

所述低通滤波器19的输出端与所述信号处理系统20相连。

低通滤波器19，把高频正弦波4信号过滤；

所述低通滤波器19用于检测过程中，把高频正弦波4信号过滤；

本申请实施例第二方面示出一种基于光学检测六氟化硫微小含量检测方法，所述方法包括：

dds波形发生器3发出的高频正弦波4，da波形发生器5发出的低频三角波6，恒流发生器7发出的恒定的直流8；所述低频三角波6对激光器发出的光的波长产生一定的影响。低频三角波6由小到大的变化过程中，光的波长逐渐发生变化。进而达到全光谱的扫描。

高频正弦波4的二次谐波在被sf6吸收后会发生形变，并且形变的量与所述sf6的浓度相关。因此，本申请实施例示出的技术方案采用高频正弦波4作为空白。

将高频正弦波4，低频三角波6，恒定的直流8经过加法器9对三个信号进行物理叠加，生成叠加信号；

将叠加信号通过激光器驱动器11发出符合要求的激光信号；

本申请实施例示出的技术方案激光器进行温度控制，通过温度设备模块1和pid控制器2通过确保激光器温度可以在-50℃-40℃进行可调控制，温度控制精度达到0.01℃。

激光信号通过气室14之后被sf6吸收，吸收后的剩余信号探测器进行光信号探测，探测器把光信号转为电信号；

电信号通过前置放大器16进行信号放大，通过滤波电路17进行滤波，进入锁相放大器18进行微小信号的提起；

经过前置放大器16精心放大的型号，可以提高检测的信噪比，提高检测的灵敏度。

高频正弦波4信号通过锁相倍频模块12进行信号倍频，进入锁相放大器18；

高频正弦波4的二次谐波在被sf6吸收后会发生形变，并且形变的量与所述sf6的浓度相关。因此，本申请实施例示出的技术方案采用高频正弦波4作为空白。

锁相放大器18经过锁相的信号通过低通滤波器19，把高频正弦波4信号过滤，通过信号处理系统20进行信号处理和浓度反演，最终实现对sf6检测。

本申请实施例示出的技术方案采用激光吸收光谱方法对sf6含量进行检测。本申请实施例示出的技术方案采用高频正弦波4与低频三角波6叠加进行激光调制，经过调制的激光器发出光射入被检测气室14。被检测气室14经过吸收之后红外探测器所检测，检测信号经过低通滤波和锁相放大之后经过低通滤波器19进行二次谐波信号的提取。提取的信号送入计算机进行计算推演水分的浓度，完成了整个sf6检测过程。

本申请实施例输出的技术方案采用tdlas技术对sf6含量进行检测，通过检测sf6气体的二次谐波检测技术等进行气体检测及微弱信号处理，通过浓度反演对气体中的sf6含量进行测量。本申请实施例示出的技术方案所提供的方法具有、响应快速、检测精度高、温度压强可修正、免维护等优点。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请实施例示出的技术方案的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请实施例示出的技术方案的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请实施例示出的技术方案的一般性原理并包括本申请实施例示出的技术方案未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请实施例示出的技术方案的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请实施例示出的技术方案并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请实施例示出的技术方案的范围仅由所附的权利要求来限制。